DE2034900C3

DE2034900C3 - Vorlegierung für die Modifizierung von Eisen-Kohlenstoff-Legierungen

Info

Publication number: DE2034900C3
Application number: DE19702034900
Authority: DE
Inventors: Michail W. Kiew Wolostschenko (Sowjetunion)
Original assignee: Institut Problem Lit'ja Akademii Nauk Ukrainskoj Ssr, Kiew (Sowjetunion)
Filing date: 1970-07-14
Publication date: 1976-06-24

Description

und herstellungsbedingte Verunreinigungen besteht.

2. Vorlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus

7 bis 18% Kalzium,

2 bis 5 % Magnesium,

7 bis 10% Seltenerdmetalle, 56 bis 65% Silizium

besteht.

3. Vorlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus

7 bis 18% Kalzium,

6 bis 9 % Magnesium

3 bis 4% Seltenerdmetalle 56 bis 66% Silizium

besteht.

4. Vorlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da,ß sie aus

6 bis 15% Kalzium, 0,5 bis 4% Magnesium,

4 bis 7 % Seltenerdmetalle,

1 bis 5 % Rubidium, 51 bis 66 % Silizium

besteht.

5. Vorlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus

6 bis 20% Kalzium, 0,2 bis 3 % Magnesium, 3 bis 5% Seltenerdmetalle, 3 bis 6 % BEirium,

2 bis 6% Strontium,

1 bis 3 % Ynrium,

2 bis 5 % Lithium,

1 bis 3 % Scandium, 51 bis 66% Silizium

besteht.

6. Vorlegierung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus

12% Kalzium, 9% Magnesium, 4% Seltenerdmetalle, 5% Barium,
3% Strontium, 3% Yttrium,
2% Lithium,
0,2% Scandium, 59% Silizium

besteht.

Vorlegierung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus

8% Kalzium,

2 % Magnesium,
5% Seltenerdmetalle,
5% Barium,

3 % Strontium,
3% Yttrium,

λ % Lithium,
2% Scandium,
54% Silizium

besteht.

8. Vorlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus

8 % Kalzium,

8 % Magnesium,

3 % Seltenerdmetalle,

4 % Barium,

2 % Strontium,
1 % Lithium,
62% Silizium

besteht.

9. Vorlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus

9% Kalzium,

3 % Magnesium,

9 % Seltenerdmetalle,
4% Barium,

56 % Silizium

besteht.

Die Erfindung betrifft eine Vorlegierung für die Modifizierung von Eisen-Kohlenstoff-Legierungen, wie

z. B. Gußeisen und Stähle.

Vorlegierungen erhöhen die Festigkeit von Gußeisen gegenüber nichtmodifiziertem Gußeisen um das zwei- bis fünffache, indem sie die Bildung von Kugelgraphit im Gußeisen begünstigt.

Es sind Vorlegierungen für Gußeisen bekannt, die z. B. Nickel-Magnesium-, Magnesium-Ferrosilizium-, Magnesium-Kupfer-, Magnesium-Nickel-Seltenerdmetalle-Legierungen sind. Auch Magnesium selbst wird als Vorlegierungsmittel verwendet.

Den genannten Vorlegierungen ist der Nachteil gemeinsam, daß bei ihrer Anwendung nichtmetallische Einschlüsse im Gußeisen entstehen, weil Magnesium Verbindungen mit Schwefel und Sauerstoff bildet.
Dies führt zur Ungleichmäßigkeit des Gefüges des Gußeisens und setzt dessen Festigkeit herab.

Die Verwendung von Seltenerdmetallen als alleinige Vorlegierung für Gußeisen ist ebenfalls bekannt. A.uch bei dieser Verwendung entstehen nichtmetallische Einschlüsse im Gußeisen. Darüber hinaus sind diese Vorlegierungen teuer.

Um die genannten nichtmetallischen Einschlüsse und Ausbildungen zu verhindern, ist man gezwungen, zusätzliche technologische Arbeitsschritte durchzuführen, nämlich Gußeisen zunächst zu entschwefeln, es auf hohe Temperaturen zu erhitzen und Zuschläge wie Kryolith, kalzinierte Soda u. ä. zu verwenden. Hierdurch wird die Herstellung von hochfestem Gußeisen erschwert und verteuert.

Bei der Verwendung von Magnesium als alleinigem Modifizierungsmittel oder bei den genannten magne- ^haltieen Legierungen kommt es zu sogenannten ffonesiumblitzen und Ausbrüchen des flüssigen !^Rris Es ist deshalb erforderlich, spezielle Schutzeen zu verwenden, z. B. hermetisch abge- «ene Pfannen Autoklaven, Schutzkammern u. ä. hierdurch wird die Erzeugung von hochfestem en erschwert und verteuert. weitere Schwierigkeit tritt ein, wenn im Gußirneneungen, wie Arsen, Titan, Wismut, Zinn, ^,fnTmanche andere Elemente vorhanden sind, ί Z Bildung von stabilem Kugelgraphit, d. h. die t von hochfestem Gußeisen mit Hilfe der

Vorlegierungen nicht gewährleistet Ergebnissen führen. Als Legierungsbestandteile neben Lithium kommen dort einzeln oder in verschiedensten Zusammenstellungen untereinander in Frage Silizium und solche Metalle, deren Oxide basischer, nicht-

amphotärer Natur sind und welche schwerlösliche Sulfide nicht zu bilden vermögen, und zwar sinu dies die Vertreter der Gruppen der Alkalien, der Erdalkahen und der Seltenen Erden, die dort unter dem BegnR »Alkalien im weiteren Sinne« zusammengefaßt wurden.

o Es ist dort angegeben, daß in dem Zusammenhang sich z. B. die Seltenen Erden den Erdalkalien durchaus äquivalent verhalten. In dieser VorveröSenthchung sind konkrete Mengenangaben für Zusammensetzungen nicht enthalten, so daß die Zahl der notwend.gen

Versuche allein für das Nacharbeiten der dort beschrkbenen Gedanken erheblich ist. Es kommt hinzu,

daß festgestellt wurde, daß im Hinblick auf die: Budung von Kugelgraphit weder die Erdalkal.en unter sch noch die Seltenen Erdmetalle »»*" «^ «£* g£ und daß ein äquivalentes Verhalten zwischen

BsM auch Vorlegierungen für Gußeisen bekannt, ^,mechanische Gemische auf der Grundlage von

Skklzium und Magnesiumchloriden und

5£ΐΑ Chloriden unl Fluoriden von Se.ten- ^^^^^

Vorlegierungsmittel gewährleisten keine Gußeisen beschrieben die 10 bis ^% ild Außerdem sind Magne- 3 bis 14% Kalzium, bis 30% Eisen 0 bis

Nachteiten der bekannt Modifizierung*- And der Magnesiumanteil mil IC> ^ auch, daß eine erhebliche Rauchentwick- >. hoch ist, daß die Verarbe.tung e,ner solchen

B^i oder ähnlichen Modifizierungsmittel,, is, „acSeilig, daß sie leuer und schwierig in der Herste long sind, da die Einführung der Legierungsmetalle SSel. Kupfer, Mangan u.a. zusätzliche Arbeitsgänge für das Schmelzen und die Vermischung der Kompc-

S »617 is,eine Vorlegierung.«r die D,e

enthalten in ■der Kegel oe
Legierungskomponenten, we

Mengen anderer _wJ„„ich veräuderl.

ren enthalten, indem die Vorlegierung aus 5 bis 40 /₀ Kalzium, je 5 bis 55% Nickel, S.hzium, Aluminium und Mangan, einzeln oder zu mehreren, 0 bis 10/₀ von Kalzium verschiedenen Metallen, wie Zer Lithium, Strontium, Barium und Magnesium, Rest Eisen, g
tann. Zu

^otn von Seltenerdmeta.1 zerfrei,.VoHegierungen angesprochen sind, gilt der oben beschriebene Nachteil daß Legierungsmetalle wie Nickel und Mangan in du· Leeierung nur unter Schwierigkeiten einzuführen sind.

FÜ^Br vödlgierungen, die überdies „oci,Zer enthalten wird geltend gemacht, daß hierdurch die B,ldung von KuEeleraohit in stabiler Form nicht gewährleistet ist. In der .deutschen Patentanmeldung O 19209 VI/40b. ausgelegt am 13. 2. 36, ist beschrieben, daß gewisse Legierungen des Lithiums bei der Reinigung gcschmolzener Metalle und Legierungen zu gänzlich neuen _djene

ζ _btJ _Vor,_eglerun_gen. _Λ ^efstellungsbedingte Verunreini_{daß die} Legierung außer den ausdruck-

^^^ _noch solche Elemente enthalt, die durch d ₌₌ £»Ä£ ^endeten Kon ^^ _{cntfernl wur}

60 verfahren einfetD J Gußeisen mit e.nem

Fur die Mod aJru t _Hadfield-Stahl und

Schwdelg^U b« 0.1; ^_{ckmäßigerweise eine} Vorandere Ma _{nsctzu gemäß} Anspruch legierung α«

65 -^r^_{Modifl7ierung von im} Kupolofen erschmol-Pur ^ ^ . _nf_edri Temperatur (1300 bis zcnem_cGuße₁sen _{Schwefdgehalt (0},l0 bis 0,13%) 1370 Cj

dient eine Vorlegierung gemäß Anspruch 3. Für die Bei der Modifizierung von 30 t Gußeisen mit 0,15% Modifizierung von Gußeisen mit einem Schwefelgehalt Schwefel, 0,15% Titan und 0,1% Wismut mittels bis 0,08%, von Kohlenstoff- und legierten Stählen, die dieser Vorlegierung der vorstehend angegebenen unter Reibungsverschleißbedingungen und bei Wechsel- Zusammensetzung wurde ein Gußstück mit 22 t belastungen arbeiten, wird zweckmäßigerweise eine 5 Gewicht und 50 bis 150 mm Wanddicke erhalten. Die Vorlegierung gemäß Anspruch 4 verwendet. Form des Graphits im Gußeisen war in allen Quer-Die erfindungsgemäßen Vorlegierungen können mit schnitten kugelig. Schwindungsporosität, Lunker und gleichem Erfolg für alle Gußeisei., darunter auch für nichtmetallische Einschlüsse fehlten. Die aus dem solche mit hohem Gehalt an Schwefel, Titan, Arsen, Gußstückkörper herausgeschnittenen Proben wiesen Zinn, Blei, Nickel, Kupfer sowie auch für herkömm- io eine Zugfestigkeit σ β von 52 bis 58 kp/mm², eine liehe und legierte Stähle verwendet werden. Die An- Bruchdehnung ό von 10 bis 15% und eine Brinellwesenheit von Strontium, Barium, Lithium, Scandium, härte von 179 bis 191 HB auf.
Rubidium und Yttrium in den Vorlegierungen verbessern dessin raffinierende und modifizierende Wir- Beispiel 2
kung auf Gußeisen und Stahl. 15

Die Vorlegierungen können in bereits legierter Vorlegierung, die die unten angegebene Zusammen-

Form oder in Form mechanische,· Gemische verwendet Setzung in Gewichtsprozent hat:
werden. Die Anwendung in Form von Legierungen ist

dabei am vorteilhaftesten, da deren Herstellung billiger Kalzium 8

und die Qualität der Modifizierung am wirkungsvollsten 20 Magnesium 8

ist. Seltenerdmetalle 3

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand von Aus- Strontium 2

führungsbeispielen näher erläutert. Lithium 1

Die Vorlegierung wird in flüssige Eisen-Kohlenstoff- Barium 4

Legierungen in zerkleinertem Zustand eingeführt. 25 Silizium 62

In diesem Falle nehmen die Wärmeverluste der zu

modifizierenden Metalle ab und erhöht sich der Grad Bei der Modifizierung von im Kupolofen erschmol-

der Aufnahme der Vorlegierung durch dieselben. Die zenem Gußeisen mit dem Gehalt von 0,12% Schwefel,

Zerkleinerung kann in herkömmlichen Brechern vor- 17% Nickel, 3% Chrom im Ausgangsmetall wurde ein

genommen werden, welche in Gießereien und anderen 30 Gußstück von 17 t Gewicht mit 100%igem kugeligem

metallurgischen Betrieben Verwendung finden. Die Graphit erhalten. Die Zugfestigkeit des Gußstückes

Vorlegierungen werden meistenteils mit Flußmitteln, beirug σ β 46 bis 49 kp/mm².

vornehmlich mit Fluorit und Flußspat, mit denen sie Die Dehnung betrug 18 bis 25%.

sich in dem mechanischen Gemisch befinden, einge- Bei hydraulischen Prüfungen ab 70 atm wurden

führt. Das Verhältnis zwischen Vorlegierung und Fluß- 35 keine Leckverluste festgestellt. Im Gußstück fehlten

mittel ist normal und beträgt entsprechend 3:1,5 bis nichtmetallische Einschlüsse.
3:0,5.

Die erfindungsgemäßen Vorlegierungen ermöglichen Beispiel 3
es, Gußstücke aus hochfesten Gußeisen und Stählen

zu erzeugen, die keine nichtmetallischen Einschlüsse, 40 Vorlegierung, die die folgende Zusammensetzung

keine Weißfleckigkeit und weniger Gußfehler (Schwin- in Gewichtsprozent hat:
dungsporosität, Lunker) im Vergleich mit Gußstücken

aus Gußeisen und Stahl, die mit Hilfe der bisher be- Kalzium 9

kannte.1 Modifizierungsmittel hergestellt werden, auf- Magnesium 3

weisen. 45 Seltenerdmetalle 9

Außerdem sind bei der Einführung dieser Vorlegie- Barium 4

rungen in das zu modifizierende Metall keine Sonder- Silizium 56

vorrichtungen, wie Autoklaven, hermetisch abgeschlossene Pfannen, Schutzkammern usw. erforderlich, Bei der Modifizierung von Kohlenstoffstahl mit da bei der Einführung dieser Vorlegierungen in die 50 einem Gehalt an Kohlenstoff von 0,23% wurde ein Metallschmelze keine Blitze und Ausbrüche entstehen. Gußstück von 3,2 t Gewicht erhalten. Die mecha-Nachstehend werden beispielsweise Zusammen- nischen Eigenschaften des Stahls an den aus Angüssen Setzungen und Anwendungsbeispiele der Vorlegie- herausgeschnittenen Proben waren wie folgt: Zugrungen für verschiedene Legierungen angeführt: festigkeit σ β = 48 kp/mm², Dehnung ό = 28%, Kerb-

. . 55 Schlagzähigkeit ακ = 19 kpm/cm².

⁰ ^e ' ^s P ' ^e ^{l l} Bei der Modifizierung eines legierten Stahls mit Vorlegierung, die die unten angegebene Zusammen- 0,15% Chrom und 0,26% Nickel mittels derselben Vorsetzung in Gewichtsprozent hat: legierung wurde ein Gußstück mit dem Gewicht 1,9 t

erhalten. Die Eigenschaften des modifizierten Stahls

Kalzium 12 60 waren durch folgende Kennwerte gekennzeichnet:

Magnesium 9 a_B = 69 kp/mm², δ = 18%, ακ = 16 kpm/cm².

Seltenerdmeialle 4 Aus einem hochfesten Gußeisen, welches mit der

Strontium 3 obengenannten Vorlegierung gewonnen war, wurde

Lithium 2 ein Gußstück von 70 t Gewicht erzeugt. Die mecha-

Barium 5 65 nischen Eigenschaften der Proben waren die folgenden:

Yttrium 3 σ,, - 62 kp/mm², ό = 3%, Brinellhärtc = 261 HB.

Scandium 0,2 Im Gußstück wurden keine nichtmetallischen Ein-

Sili7ium 59 Schlüsse festgestellt.

Beispiel 4

Vorlegierung, die die folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent hat:

Kalzium 11

Magnesium 4

Seltenerdmetalle 8

Silizium 65

Die Vorlegierung wurde für Gußeisen mit einem Schwefelgehalt von 0,11% verwendet. Aus diesem Gußeisen wurden Gußstücke für Drehbänke hergestellt. Das Gewicht der Gußstücke betrug bis zu 100 kg, die Wanddicke 5 bis 40 mm. Nichtmetallische Einschlüsse fehlten in den Gußstücken vollkommen, der Graphit war nur kugelig. Strukturell freie Karbide in den Gußstücken mit unterschiedlicher Wanddicke waren nicht feststellbar. Ohne thermische Behandlung wurde ein Gußeisen mit folgenden mechanischen Eigenschaften gewonnen:

Biegefestigkeit o\,b = 125 bis 135 kp/mm²,
Zugfestigkeit σ_Β = 62 bis 70 kp/mm²,
Dehnung ö = 2,54%,
Härte = 241 bis 269 HB.

Die Versuche beim Modifizieren von Hadfield-Stahl mit 13% Mangangehalt zeigten gegenüber dem nicht modifizierten Stahl eine starke Kornverfeinerung (um das 2- bis 4fache) und eine Erhöhung der Verschleißfestigkeit. Die Gußstücke zeigten eine beträchtlich verminderte Schwindung.

Beispiel 5

Vorlegierung, die die folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent hat:

Kalzium 15

Magnesium 9

Seltenerdmetalle 3

Silizium 64

Die Vorlegierung wurde für Gußeisen mit einem Schwefelgehalt von 0,11 % verwendet. Die Temperatur des Gußeisens betrug beim Abstich desselben aus dem Kupolofen 135O⁰C. Es wurden gleichzeitig 12 t flüssiges Gußeisen modifiziert. Hergestellt wurden Gußstücke mit einem Gewicht von 1,5 bis 8 t und mit einer Wanddicke von 20 bis 120 mm. In allen Querschnitten der Gußstücke wurde Kugelgraphit erhalten. Nichtmetallische Einschlüsse waren praktisch nicht nachweisbar. Die aus kleeblattförmigen Proben herausgeschnittenen Proben waren durch folgende Kennwerte gekennzeichnet:

σ_Β = 52 bis 58 kp/mm², <5 = 3,2 bis 4,3 %,
Härte t= 229 bis 241 HB.

Beispiel 6

Vorlegierung, die die folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent hat:

Kalzium 8

Magnesium 2

Seltenerdmetalle 5

Barium 5

Lithium 3

Strontium 3

Yttrium 3

Scandium 2

Silizium 54

Die Vorlegierung wurde für Chrom-Nickel-Molybdän-Stahl verwendet.

Im Ergebnis der Modifizierung hat sich bedeutend die Makrostruktur des Stahls verbessert und der Gehalt an Gasen und nichtmetallischen Einschlüssen in ihm mehr als um das 2fache vermindert. Die Festigkeit stieg um 25 bis 30 % und die Kerbschlagzähigkeit im Vergleich mit den nicht modifizierten Stählen um 40%.

Das vorgenannte Modifizierungsmittel wurde für

die Modifizierung des austenitischen Stahls verwendet, welcher 18% Chrom, 9% Nickel, 0,5% Titan enthielt.

Es wurde nach dem Modifizieren an den Versuchsgußstücken von 100 kg Gewicht eine Erhöhung dei Verschleißfestigkeit um mindestens das 2fache festgestellt.

Claims

Patentansprüche:

1. Vorlegierung für die Modifizierung von Eisenkohlenstoff-Legierungen, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus

6 bis 24% Kalzium,

5 bis 10% Magnesium,

2 bis 10% Seltenerdmetalle,

0,2 bis 6% Strontium, 0,1 bis 5% Lithium, 2 bis 8% Barium, 0,1 bis 6% Yttrium, 0,1 bis 6% Scandium,

51 bis 66% Silizium